中国农业气象 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1): 75-84.doi: 10.3969/j.issn.1000-6362.2026.01.007
谢家旭,成林,刘志雄,董宛麟
XIE Jia-xu, CHENG Lin, LIU Zhi-xiong, DONG Wan-lin
摘要:
利用2021−2023年冬小麦生长期(10月−翌年5月)高标准农田小气候监测数据,在分析土壤水分对农田小气候要素响应滞后性的基础上,引入Optuna框架的超参数优化方法建立随机森林(Random forest,RF)、BP神经网络(BP neural network,BPNN)和支持向量机回归(Support vector regression,SVR)3种机器学习模型,预估3d、5d和10d共3个预见期5个土层深度(10cm、20cm、30cm、40cm和50cm)的土壤相对湿度,以期为高标准农田土壤水分预估提供参考。结果表明:(1)冬小麦生长期内,河南省高标准农田5个土层深度土壤相对湿度呈波动下降趋势,播种−出苗期5个土层的土壤相对湿度的时段平均值最大(90.4%),抽穗−成熟期最小(73.9%)。(2)河南省高标准农田土壤相对湿度对不同小气候要素响应时间与强弱不一致。其中,对10cm、20cm和50cm处地温响应最慢但最强,响应时间集中在5~10d,相关系数为0.32~0.57;对空气相对湿度的响应最快但最弱,响应时间集中在1~3d,相关系数小于0.20。随着土层深度增加,土壤相对湿度与降水量、日平均气温和日最高气温相关关系呈递减趋势,与日最大风速、3个土层深处地温(10cm、20cm和50cm)相关关系则逐渐增加。(3)不同预见期下5个土深处土壤相对湿度的模拟模型中,RF模型精度最高,决定系数(R2)为0.87~0.98,均方根误差(RMSE)为0.02~0.05,平均绝对误差(MAE)为0.01~0.03;SVR模型次之(R2为0.77~0.97,RMSE为0.03~0.07,MAE为0.02~0.04);BPNN模型精度较低(R2为0.60~0.97,RMSE为0.04~0.07,MAE为0.01~0.06)。综合评价RF模型更适合高标准农田土壤墒情短期预测,可为河南高标准农田精准水分管理提供技术支撑。